三维激光扫描技术在煤矿中的应用

1、三维激光扫描技术在煤矿中的应用1 超欠挖测定煤矿矿床在开采过程中，受施工环境、爆破工艺等原因影响，往往会造成采矿区周边的超欠挖、顶板垮塌等问题，对矿场安全形成严重威胁。如何准确地测定采场超欠挖量， 就成为了各煤矿开采、 生产过程中必须解决的问题。传统的超欠挖测定方法是利用经纬仪、 全站仪等测量仪器， 每隔510 进行测量，绘制出断面图，进而计算超欠挖量。这种方法不但费时费工， 而且只能获得局部的精确值， 不能很好的反映出整个采场的整体超欠挖情况。三维激光扫描仪的出现， 为煤矿超欠挖的计算提供了一种全新的技术手段，罗周全等人提出了完整的基于三维激光扫描仪的采场超欠挖量计算分析方法 35。实测结果

2、表面，该方法能准确的测定出采场的超挖量、欠挖量，达到了较好的效果。11 原理描述使用三维激光扫描仪探测采空区，获取采空区三维数据模型，将其与采场设计单元三维模型复合，根据复合单元模型，利用专业点云处理软件计算超挖量， 设周边超挖体积为， 回采设计单元体积为，顶板废石体积为，探测空区体积为，单位均为 3，则欠挖体积可用以下式计算 =+112 方法可行性分析实践证明，利用三维激光扫描仪和专业三维建模软件， 可以建立矿山三维模型， 准确获取所需采空区的空间信息。基于此，精确测定采场的超欠挖量成为可能，同时，采场详细空间信息的掌握，使得回采设计、施工管理变得更为安全、可靠。相较于传统测定方法， 三维激

3、光扫描仪获取采空区空间信息的速度更快，减少井下扫描作业时间，保证测量人员的安全 ; 信息量更丰富，使得空间模型更精确，超欠挖体积计算更准确 ; 专业三维建模软件的使用，让工程师能轻松获取整个采空区的全局信息， 进而能做出更准确的判断。这些优点使得三维激光扫描仪在煤矿超欠挖测定中有着较大的应用价值。在大中型井下煤矿， 特别是地质情况较为负杂的煤矿中的使用能增加煤矿生产的安全系数，有着较为广阔的应用前景。但是，目前还没有一款三维激光扫描仪产品取得了国家的煤安认证，这限制了其在煤矿实际生产中的推广应用。2 边坡防治在露天煤矿的开采过程中，由地震、降雨、地质环境等因素诱发的崩塌、滑坡灾害时有发生，严重

4、地威胁着员工、企业的生命、财产安全。如何较为准确地预报滑坡发生时间， 及时采取预防措施确保生产安全，是摆在煤矿企业面前的紧迫任务。针对这一难题， 国内外都开展了一些技术方法的研究工作， 如数字摄影测量、全站仪、联合作业等。上述工作取得了一些效果。但由于这些方法存在一些技术上难以克服的问题， 在具体的生产实践中难以全面推广应用。三维激光影像扫描技术的产生， 为解决上述问题提供了最为有效、实用和先进的技术手段6。近年来国内的科研单位、 企业已经开展利用三维激光扫描仪进行边坡防治的研究 68，并取得了较好的实际应用效果。21 方法描述具有代表性的边坡监测典型步骤总结如下1 确定监测区域，安装标靶标志

5、物，设定测站位置及扫描间隔天数;2 利用三维激光扫描仪测定、获取监测区域点云数据;3 点云数据处理 ;4 与历史数据模型对比，采用分维计算、时间序列分析、灰色预测等方法分析监测区域形变情况，评估滑坡风险。22 形变分析主流方法对比在使用三维激光扫描仪进行边坡防治的工程作业中，形变分析、风险评估是最为关键的步骤。采用不同的方法有不同的优缺点，根据文献 6中的描述，三种主流方法的优缺点比较如下。2 21 分形分维方法优点分形结构的变化规律与滑坡的形成、演化、消亡规律相对应，可方便地做出滑坡评估判断。缺点对时间尺度要求比较高，监测时应尽量选取相等的时间窗。222 时间序列分析方法优点解决了观测中滑坡

6、体的不均匀性、不连续性、环境条件复杂性等因素给传统分析方法带来的困难，适用于长期的分段监测。缺点对时间尺度要求比较高，监测时应尽量选取相等的时间窗。223 灰色预测等方法优点综合了滑坡产生的影响因素，通过量化的数学方程概化出预报关系，具有很高的科学性和合理性; 适用范围广、精度高。缺点要求掌握的资料信息条件苛刻; 算法还处于拟合研究阶段。23 可行性分析三维激光扫描仪操作简单，扫描点云成果直观易用，同时具有测量速度快、建模精度高、可以全天候监测等特点，因此比较适合使用在边坡监测项目当中。不失为滑坡短期预测预报的一个新途径。但是，三维激光扫描仪的测距精度与全站仪等技术成熟的产品相比还有较大差距，

7、 特别是在中远距离 100 以上，三维激光扫描仪的测距精度下降较快，因此对于一些精度要求较高的场合，并不适合，只适合一些大变形的边坡。此外，由于扫描点密度高，导致数据量很大，很难实现实时处理，对于要求实时、持续监测的目标，技术上很难达到要求。3 采空区变形监测三维激光扫描仪的一个重要应用方向是通过定时测定数据，分析评估，对危险源进行变形监测。边坡防治就是变形监测重要的一种应用， 在井下煤矿安全生产中，三维激光扫描仪多被用来监控采空区顶板坍塌、 地基沉降等912。由于长时间使用留矿法、 空场法等矿山开采方法， 我国的许多煤矿形成了大量的采空区 12。加上长期以来广泛存在的私挖乱采等情况， 造成了

8、空区群形态不一、错综复杂。受地质运动、爆破作业等影响， 未经处理的采空区会导致矿山开采状态恶化，引起矿柱严重变形、相邻采场及巷道维护难度加大、发生大面积冒落及地表塌陷等， 这些已经成为目前影响矿山生产安全的重大危害源之一 13。利用三维激光扫描仪进行采空区形变监测，其步骤、原理与边坡监测类似。所不同的是，采空区的监测距离一般较短，多为50 以内，而在这个距离范围， 三维激光扫描仪的测距精度已经能达到2 以内，完全能满足精度上的需求 ; 其瓶颈在于如何提高点云处理算法效率，实现数据的实时处理。4 数字煤矿进入新世纪以来，我国的煤矿事业持续稳定发展，行业的安全生产形势总体稳定，但重、特大事故仍然是

9、由发生，事故总起数和死亡人数与发达国家相比仍处于高位。在这样的安全生产形势下煤矿企业对生产过程监控、 全矿井生产安全环境监控、 生产过程信息综合利用等方面的网路化、 自动化和智能化提出了新的要求。希望通过将煤矿井上、 井下的各种子系统整合到一个统一的网络平台，在煤矿矿调度室集中监控、调度、控制整个煤矿的各种人员、信息、设备，达到实时信息共享、实时安全监控、统一指挥调度的目的。41 数字煤矿定义数字煤矿就是以煤矿机电及一体化技术、计算机技术、 3 技术、现代企业管理制度等先进技术为基础，以网络技术为纽带，以安全、高效、可持续生产为目标，实现多源煤矿信息的采集、输入、存储、检索、查询与专业空间分析

10、，并实现多源信息的多方式输出、实时分析、处理与决策，煤矿安全事故调度指挥等 14。42 三维激光扫描仪与数字煤矿要建立数字煤矿系统，首先就必须获取煤矿的整体空间、地理信息。以往，这一任务依靠 3 技术来完成，但是， 3 技术只能提供二维平面信息，并不能反映煤矿的三维空间信息。使用三维激光扫描仪， 可以轻松绘制煤矿的整体三维地图， 配合人员监控系统的设备， 从而能准确地将当前人员、 设备的位置信息反映至监控中心，直观的显示当前煤矿的整体运行情况，为科学指挥、调度提供依据。近年来，过内外已经展开了三维激光扫描仪应用于数字煤矿的研究 1516。重点研究解决了大尺度三维点云数据的配准、建模 ; 自动纹

11、理映射; 网络数据融合等方面的问题。如今，数字煤矿的技术已经比较成熟， 相应的软件能轻松完成配准、建模等多种功能。43 可行性分析三维激光扫描仪在数字煤矿中的应用与目前应用较多的炼油、化工厂数字化类似，在技术上已经比较成熟，但是数字煤矿有着自己的特殊性获取扫描数据必须深入井下作业， 对设备性能要求较高 ; 随着掘进的不断深入，井下情况变动较大，需要频繁的进行数据更新等。这些情况加上三维激光扫描仪的高昂价格阻止了其在现实中的推广普及。5 其它应用探讨以上列举了三维激光扫描仪在煤矿安全生产领域中主要的应用方式。随着管理方式与技术的进步， 三维激光扫描仪在未来的煤矿安全生产中会有着更多的应用方向。5

12、1 虚拟现实人员培训在煤矿安全生产过程中，人员的专业素质与安全意识往往会起到关键的作用。加强对煤矿从业人员的安全、 技术培训，对煤矿安全生产具有重要的意义。我国目前煤矿从业人员的现实情况是整体文化程度偏低， 安全意识较差，利用传统的教育培训手段，往往达不到预期的效果。鉴于此，廖传义 17等人提出了利用 3 仿真游戏的方式来对职工进行培训，提高员工的参与积极性与学习效率。通过在具体企业中的实验发现， 这种方式较之传统教育培训模式能取得较好的效果。但是一般的 3 仿真游戏并不能反映井下的真实状况， 游戏只能达到示意的效果， 通过三维激光扫描仪结合虚拟现实技术， 可以完全真实再现煤矿的三维细节， 矿

13、工不用下井就能身临其境的体验井下的生产实况，通过培训系统中接触的路线、设备，与真实煤矿中的位置完全一致。通过虚拟现实的培训，能起到比一般 3 仿真游戏更好的效果。52 精密设备检测随着技术的发展，如今的三维激光扫描仪最高精度已经能达到微米级 。已经能满足一些精密设备的检测精度要求。利用三维激光扫描仪可以快速、精确的对煤矿设备进行裂缝、变形检测，确保生产安全和正常生产。6 总结 1 从技术上来说，通过与传统方法的对比分析，可以看出三维激光扫描仪在多个应用方面都能达到实用的基本要求甚至在某些领域有着明显的优势。但是三维激光扫描仪在长距离扫描测量的精度仍有欠缺，导致其在边坡防治等远距离应用价值有限。

14、而且由于是新兴技术， 目前全世界都没有一套权威的精度检定标准，在有精度要求的工程中，必须先用全站仪来进行比对、检测。使得其易用性有所降低。2 从市场角度分析，目前三维激光扫描仪价格昂贵，扫描成本较高; 虽然已经有专门针对煤矿设计的防爆型产品，但却并没有取得国内的煤矿安全生产证，这些都限制了其在煤矿行业推广普及的速度。3 虽然三维激光扫描仪还存在上述诸多缺点，但其中大部分都是可以通过一段时间内通过市场、政策的调整予以解决。随着煤矿行业对安全生产要求的不断提高，对数字化、信息化、智能化的设备需求也在不断增加， 而三维激光扫描仪自身在技术上的优势，肯定能让其在将来的煤矿安全生产中发挥重要的作用。作者

15、邢保振吴雨工作单位四川九洲电器集团有限责任公司本 word 为可编辑版本，以下内容若不需要请删除后使用，谢谢您的理解篇一：重症肺炎的诊断标准及治疗重症肺炎【概述】肺炎是严重危害人类健康的一种疾病，占感染性疾病中死亡率之首，在人类总死亡率中排第56 位。重症肺炎除具有肺炎常见呼吸系统症状外, 尚有呼吸衰竭和其他系统明显受累的表现, 既可发生于社区获得性肺炎(community -acquired pneumonia, CAP),亦可发生于医院获得性肺炎 (hospital acquired pneumonia, HAP) 。在 HAP 中以重症监护病房 (intensive care unit

16、,ICU)内获得的肺炎、 呼吸机相关肺炎 (ventilator associated pneumonia ,VAP) 和健康护理( 医疗 ) 相关性肺炎 (health careassociated pneumonia ,HCAP)更为常见。免疫抑制宿主发生的肺炎亦常包括其中。 重症肺炎死亡率高， 在过去的几十年中已成为一个独立的临床综合征，在流行病学、 风险因素和结局方面有其独特的特征， 需要一个独特的临床处理路径和初始的抗生素治疗。重症肺炎患者可从ICU 综合治疗中获益。临床各科都可能会遇到重症肺炎患者。在急诊科门诊最常遇到的是社区获得性重症肺炎。本章重点介绍重症社区获得性肺炎。对重症院

17、内获得性肺炎只做简要介绍。【诊断】 首先需明确肺炎的诊断。CAP 是指在医院外罹患的感染性肺实质(含肺泡壁即广义上的肺间质) 炎症 ,包括具有明确潜伏期的病原体感染而在入院后平均潜伏期内发病的肺炎。简单地讲 ,是住院 48 小时以内及住院前出现的肺部炎症。CAP 临床诊断依据包括:新近出现的咳嗽、 咳痰 ,或原有呼吸道疾病症状加重,并出现脓性痰 ; 伴或不伴胸痛。 发热。 肺实变体征和 (或 ) 湿性啰音。 WBC > 1099× 10 / L或重症肺炎通常被认为是需要收入ICU 的肺炎。 关于重症肺炎尚未有公认的定义。在中华医学会呼吸病学分会公布的CAP 诊断和治疗指南中将下

18、列症征列为重症肺炎的表现 :意识障碍 ;呼吸频率 >30 次 /minPaO25d 、机械通气 >4d) 和存在高危因素者 , 即使不完全符合重症肺炎规定标准, 亦视为重症。美国胸科学会 (ATS) 2001 年对重症肺炎的诊断标准：主要诊断标准 需要机械通气 ; 入院 48h 内肺部病变扩大 50%; 少尿 ( 每日 177 mol/L( 2mg/dl) 。次要标准 :呼吸频率 >30 次 /min; PaO2/FiO22007 年 ATS 和美国感染病学会( IDSA) 制订了新的社区获得性肺炎治疗指南，对重症社区获得性肺炎的诊断标准进行了新的修正。主要标准：需要创伤性机

19、械通气需要应用升压药物的脓毒性血症休克。次要标准包括： 呼吸频率 >30 次/min; 氧合指数 ( PaO2/FiO2) 20 mg/dL） 白细胞减少症 （ WBC计数 4×109/L） 血小板减少症（血小板计数100 × 109/L） 体温降低（中心体温36） 低血压需要液体复苏。符合1 条主要标准，或至少3 项次要标准可诊断。重症医院获得性肺炎 （ SHAP）的定义与 SCAP相近。2005 年 ATS 和美国感染病学会( IDSA)制订了成人HAP, VAP, HCAP 处理指南。指南中界定了HCAP 的病人范围 : 在 90d 内因急性感染曾住院 2d;

20、居住在医疗护理机构; 最近接受过静脉抗生素治疗、化疗或者30d 内有感染伤口治疗 ; 住过一家医院或进行过透析治疗。因为HCAP患者往往需要应用针对多重耐药(MDR)病原菌的抗菌药物治疗，故将其列入HAP 和 VAP 的范畴内。【临床表现】重症肺炎可急性起病，部分病人除了发热、咳嗽、咳痰、呼吸困难等呼吸系统症状外， 可在短时间内出现意识障碍、休克、肾功能不全、肝功能不全等其他系统表现。少部分病人甚至可没有典型的呼吸系统症状，容易引起误诊。 也可起病时较轻，病情逐步恶化，最终达到重症肺炎的标准。在急诊门诊遇到的主要是重症CAP患者，部分是HCAP患者。重症CAP 的最常见的致病病原体有：肺炎链球

21、菌、金黄色葡萄球菌、军团菌、革兰氏阴性杆菌、流感嗜血杆菌等，其临床表现简述如下：肺炎链球菌为重症CAP最常见的病原体，占30%70%。呼吸系统防御功能损伤（酒精中毒、 抽搐和昏迷） 可是咽喉部大量含有肺炎链球菌的分泌物吸入到下呼吸道。病毒感染和吸烟可造成纤毛运动受损，导致局部防御功能下降。充血性心衰也为细菌性肺炎的先兆因素。脾切除或脾功能亢进的病人可发生暴发性的肺炎链球菌肺炎。 多发性骨髓瘤、 低丙种球蛋白血症或慢性淋巴细胞白血病等疾病均为肺炎链球菌感染的重要危险因素。 典型的肺炎链球菌肺炎表现为肺实变、寒战，体温大于39.4， 多汗和胸膜痛疼，多见于原先健康的年轻人。而老年人中肺炎链球菌的临

22、床表现隐匿，常缺乏典型的临床症状和体征。典型的肺炎链球菌肺炎的胸部线表现为肺叶、肺段的实变。肺叶、肺段的实变的病人易合并菌血症。肺炎链球菌合并菌血症的死亡率为30%70%，比无菌血症者高9 倍。金葡菌肺炎为重症 CAP的一个重要病原体。在流行性感冒时期， CAP中金葡菌的发生率可高达 25%，约 50%的病例有某种基础疾病的存在。呼吸困难和低氧血症较普遍，死亡率为 64%。胸部线检查常见密度增高的实变影。常出现空腔， 可见肺气囊， 病变变化较快，常伴发肺脓肿和脓胸。MRSA（耐甲氧西林金葡菌）为CAP 中较少见的病原菌，但一旦明确诊断，则应选用万古霉素治疗。革兰氏阴性菌CAP 重症 CAP 中

23、革兰氏阴性菌感染约占20%,病原菌包括肺炎克雷白杆菌、不动感菌属、变形杆菌和沙雷菌属等。肺炎克雷白杆菌所致的CAP约占 1%5%，但其临床过程较为危重。易发生于酗酒者、 慢性呼吸系统疾病病人和衰弱者，表现为明显的中毒症状。胸部 X 线的典型表现为右上叶的浓密浸润阴影、边缘清楚，早期可有脓肿的形成。死亡率高达 40%50%。非典型病原体在 CAP中非典型病原体所致者占3%40%。大多数研究显示肺炎支原体在非典型病原体所致CAP中占首位，在成人中占2%30%，肺炎衣原体占6%22%，嗜肺军团菌占2%15%。但是肺炎衣原体感染所致的CAP，其临床表现相对较轻，死亡率较低。肺炎衣原体可表现为咽痛、声嘶

24、、头痛等重要的非肺部症状，其他可有鼻窦炎、 气道反应性疾病及脓胸。肺炎衣原体可与其他病原菌发生共同感染，特别是肺炎链球菌。 老年人肺炎衣原体肺炎的症状较重，有时可为致死性的。 肺炎衣原体培养、DNA 检测、 PCR、血清学（微荧光免疫抗体检测）可提示肺炎衣原体感染的存在。军团菌肺炎 占重症 CAP病例的 12%23%，仅次于肺炎链球菌，多见于男性、年迈、体衰和抽烟者，原患有心肺疾病、 糖尿病和肾功能衰竭者患军团菌肺炎的危险性增加。军团菌肺炎的潜伏期为 210 天。病人有短暂的不适、发热、寒战和间断的干咳。肌痛常很明显，胸痛的发生率为 33%,呼吸困难为 60%。胃肠道症状表现显著，恶心和腹痛多

25、见，33%的病人有腹泻。不少病人还有肺外症状，急性的精神神志变化、急性肾功能衰竭和黄疸等。偶有横纹肌炎、 心肌炎、心包炎、肾小球肾炎、血栓性血小板减少性紫癜。50%的病例有低钠血症，此项检查有助于军团菌肺炎的诊断和鉴别诊断。军团菌肺炎的胸部线表现特征为肺泡型、斑片状、 肺叶或肺段状分布或弥漫性肺浸润。有时难以与ARDS区别。胸腔积液相对较多。 此外，20%40%的病人可发生进行性呼吸衰竭，约15%以上的病例需机械通气。流感嗜血杆菌肺炎约占 CAP 病例的8%20%，老年人和COPD 病人常为高危人群。流感嗜血杆菌肺炎发病前多有上呼吸道感染的病史，起病可急可慢， 急性发病者有发热、咳嗽、咳痰。

26、COPD 病人起病较为缓慢，表现为原有的咳嗽症状加重。婴幼儿肺炎多较急重，临床上有高热、 惊厥、呼吸急促和紫绀， 有时发生呼吸衰竭。 听诊可闻及散在的或局限的干、湿性罗音， 但大片实变体征者少见。 胸部 X 线表现为支气管肺炎， 约 1/4 呈肺叶或肺段实变影，很少有肺脓肿或脓胸形成。6 卡氏孢子虫肺炎（ PCP） PCP仅发生于细胞免疫缺陷的病人，但 PCP仍是一种重要的肺炎， 特别是 HIV 感染的病人。 PCP常常是诊断 AIDS 的依据。 PCP的临床特征性表现有干咳、发热和在几周内逐渐进展的呼吸困难。病人肺部症状出现的平均时间为4 周， PCP相对进展缓慢可区别于普通细菌性肺炎。PC

27、P的试验室检查异常包括：淋巴细胞减少，CD4 淋巴细胞减少，低氧血症，胸部X 线片显示双侧间质浸润，有高度特征的“毛玻璃 ”样表现。但30%的胸片可无明显异常。PCP为唯一有假阴性胸片表现的肺炎。【辅助检查】1.病原学：诊断方法 包括血培养、 痰革兰氏染色和培养、血清学检查、胸水培养、支气管吸出物培养、或肺炎链球菌和军团菌抗原的快速诊断技术。此外， 可以考虑侵入性检查，包括经皮肺穿刺活检、经过防污染毛刷（ PSB）经过支气管镜检查或支气管肺泡灌洗（ BAL）。 血培养一般在发热初期采集，如已用抗菌药物治疗，则在下次用药前采集。采样以无菌法静脉穿刺，防止污染。成人每次1020ml ，婴儿和儿童0.55ml 。血液置于无菌培养瓶中送检。 24 小时内采血标本3 次，并在不同部位采集可提高血培养的阳性率。在大规模的非选择性的因CAP 住院的病人中，抗生素治疗前的血细菌培养阳性率为5%-14%，最常见的结果为肺炎球菌。假阳性的结果，常为凝固酶阴性的葡萄球菌。抗生素治疗后血培养的阳性率减半，所以血标本应在抗生素应用前采集。但如果有菌血症高危因素存在时，初始抗生素治疗后血培养的阳性率仍高达15%。因重症肺炎有菌血症高危因素存在，病原菌极可能是金葡菌、铜绿假单胞菌和其他革兰氏阴性杆菌， 这几种细菌培养的阳性率高，重症肺炎时每一位病人都应行血培养，导抗生素的应用有很高的价值